به گزارش خبرگزاری سلامت، دانشمندان دانشگاه استنفورد ماده ابتکاری ابداع کرده اند که توانایی تغییر رنگ و بافت سطح را به طور همزمان دارد. رفتاری که بیشتر در موجوداتی مانند اختاپوس و ماهی سفید مشاهده شده است. این دستاورد که در مجله معتبر «نیچر» منتشر شده، گامی بلند در تقلید از قابلیت های پیچیده طبیعت با استفاده از مواد مصنوعی است.
اختاپوس ها و ماهی سفید استادان بی نظیری در استتار هستند. آنها می توانند رنگ پوست و حتی زبری یا نرمی سطح بدن خود را در کسری از ثانیه تغییر دهند تا با محیط اطراف ترکیب شوند. سال هاست که دانشمندان در تلاش برای بازآفرینی چنین توانایی در مواد مصنوعی بوده اند و اکنون تیمی از استانفورد در این مسیر پیشرفت چشمگیری داشته است.
به گفته سیدارث دوشی، دانشجوی دکترای مهندسی مواد و نویسنده اول این مقاله، بافت ها نقش اساسی در نحوه درک ما از چیزها دارند. هم از نظر بصری و هم از نظر لمسی. او توضیح میدهد که حیواناتی مانند اختاپوسها میتوانند بدن خود را در مقیاسی نزدیک به یک میکرون تغییر دهند و اکنون محققان توانستهاند توپوگرافی یک ماده مصنوعی و ویژگیهای بصری مربوط به آن را در این مقیاس به صورت پویا کنترل کنند.
این ماده جدید می تواند کاربردهای گسترده ای داشته باشد. از استتار پویا برای انسانها و روباتها تا نمایشگرهای انعطافپذیر و تغییر رنگ برای فناوریهای پوشیدنی. علاوه بر این، محققان بر این باورند که این دستاورد فرصت های جدیدی را در زمینه نانوفوتونیک فراهم می کند. شاخه ای از علم که با کنترل دقیق نور به توسعه فناوری ها در الکترونیک، رمزنگاری و زیست شناسی کمک می کند.
«نیکلاس ملوش» استاد مهندسی مواد و یکی از نویسندگان ارشد مقاله می گوید: هیچ سیستم دیگری وجود ندارد که هم اینقدر نرم و متورم باشد و هم بتوان آن را در مقیاس نانو مدلسازی کرد. این ویژگی طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی بالقوه را باز می کند.
برای ایجاد بافتهای پویا در این ماده انعطافپذیر، محققان از ترکیبی از یک روش الگوبرداری پیشرفته به نام لیتوگرافی پرتو الکترونی و یک فیلم پلیمری متورمشونده استفاده کردند. این پلیمر با جذب آب متورم می شود و با تابش کنترل شده الکترون ها میزان جذب آب در نواحی مختلف آن تغییر می کند. نتیجه این فرآیند تشکیل الگوهای بسیار ظریفی است که فقط در صورت خیس شدن قابل مشاهده هستند.
جالب اینجاست که کشف اثر پرتو الکترونی بر جذب پلیمر تا حدی تصادفی بوده است. در پروژه قبلی، دوشی از میکروسکوپ الکترونی روبشی برای بررسی نانوساختارها استفاده کرده بود. بر خلاف روش معمول، او تصمیم گرفت نمونه ها را دور نریزد. در آزمایش های بعدی مشخص شد که قسمت هایی از فیلم که در معرض پرتو الکترونی قرار گرفته اند رفتار متفاوتی از خود نشان داده و رنگ خود را تغییر داده اند.
این دقت بالا به محققان اجازه داد حتی یک نمونه در مقیاس نانو از سنگ معروف ال کاپیتان در پارک ملی یوسمیتی را بازسازی کنند. این فیلم زمانی که خشک می شود کاملا صاف است، اما با اضافه شدن آب، شکل سنگ به طور برجسته از سطح بیرون می زند.
همچنین تیم تحقیقاتی با طراحی بافت هایی در مقیاس بسیار کوچک توانستند نحوه پراکندگی نور را کنترل کنند. این ویژگی اجازه می دهد تا سطوحی از براق تا مات ایجاد کنید. ظاهری که بسیار طبیعی تر از نمایشگرهای دیجیتال امروزی به نظر می رسد. نکته مهم این است که با افزودن یک حلال الکلی برای حذف آب، همه این فیلم ها به راحتی به حالت صاف اولیه خود باز می گردند.
علاوه بر بافت، محققان موفق به ایجاد الگوهای رنگی پیچیده و قابل تغییر شدند. آنها با قرار دادن لایه های فلزی نازک در دو طرف لایه پلیمری، ساختاری به نام تشدید کننده فابری-پروت ساختند که طول موج های خاصی از نور را جدا می کند. با تغییر ضخامت فیلم به دلیل تورم، رنگهای مختلفی ظاهر میشود و یک صفحه تک رنگ میتواند به مجموعهای از نقاط و نقشهای رنگارنگ تبدیل شود.
به گفته Mark Brongersma، استاد مهندسی مواد و نویسنده ارشد مقاله، کنترل دینامیکی بر روی ضخامت و توپوگرافی یک فیلم پلیمری امکان ایجاد طیف گسترده ای از رنگ ها و بافت های چشم نواز را فراهم می کند و مواد نرم متغیر ابزارهای کاملا جدیدی را به دنیای اپتیک معرفی می کنند.
در مرحله بعد، تیم تحقیقاتی با ترکیب چندین فیلم در یک ساختار چند لایه توانستند به طور مستقل رنگ و بافت را به طور همزمان کنترل کنند. این سیستم توانست تا حد زیادی با الگوهای پس زمینه مطابقت داشته باشد. ویژگی مشابه Octopus Camouflage، اگرچه هنوز به پیکربندی دستی نیاز دارد.
محققان امیدوارند در آینده با افزودن الگوریتمهای بینایی ماشین و هوش مصنوعی، این فرآیند کاملاً خودکار شود. در چنین حالتی، “پوست” مصنوعی می تواند محیط اطراف را تجزیه و تحلیل کند و رنگ و بافت آن را برای هماهنگی کامل در زمان واقعی، بدون دخالت انسان تغییر دهد.
کاربردهای این فناوری به استتار بصری محدود نمی شود. تغییرات ظریف در بافت می تواند میزان اصطکاک را افزایش یا کاهش دهد. قابلیتی که برای ربات های کوچک برای چسبیدن به سطوح یا سر خوردن به صورت کنترل شده بسیار ارزشمند است. همچنین، نانوساختارها می توانند بر رفتار سلول ها تأثیر بگذارند و راه را برای کاربردهای مهندسی زیستی هموار کنند. حتی هنرمندان استنفورد با این تیم همکاری می کنند تا با استفاده از این مواد آثار هنری خلق کنند.
